Introducción a los sistemas lineales y señales

Tarea 1: Ensayo - Introducción a los Sistemas de Control

El ser humano desde la antigüedad ha buscado las formas de crear máquinas que repliquen y/o realicen actividades que sólo la fuerza motriz de una persona era capaz de hacer. Es así que existieron grandes inventores como Herón de Alejandría (año 10 - 70 d.C.) que desde su época ya se ingeniaba para crear dispositivos autorregulados como dispensadores de vino en copas o la apertura de puertas en templos de manera automática. Este y otros grandes inventores como Filón de Alejandría y Leonardo da Vinci, los cuales utilizaba principios de la física, neumática, hidráulica y sistemas de control para automatizar las funciones de sus inventos, han contribuido en gran parte al desarrollo de las ciencias y la calidad de vida de la humanidad.

Con estos antecedentes, hoy en día se tiene que los controles automáticos tienen una intervención cada vez más importante en la vida diaria, desde los simples controles que hacen funcionar un tostador automático hasta los complicados sistemas de control necesarios en vehículos espaciales, misiles teledirigidos, sistemas de pilotajes de aviones, etc. El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ingeniería y la ciencia. Los avances en la teoría y práctica del control automático brindan los medios para lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos, mejorar la calidad y abaratar los costos de producción de industrias.

Varios autores definen los sistemas de control como la selección de un conjunto de elementos o parámetros que, aplicados a un sistema fijo, hagan que se comporte de una manera predeterminada. Es así que existen diversos sistemas de control que de acuerdo a las necesidades cumplen su función; como lo son los sistemas de control de velocidad de motores, los cuales regulan la cantidad de combustible que ingresa a una máquina y se ajusta de acuerdo con la diferencia de velocidad que ingresa como parámetro. Entre otros como los sistemas de control de temperatura y control de nivel de líquidos.

A pesar de que las áreas de aplicación de los sistemas mencionados anteriormente son distintas, presentan tres elementos en común; uno que se puede modificar y que se lo denomina entrada. Otro llamado salida, que se necesita que tenga ciertas características y un tercer elemento denominado planta, que relaciona la entrada con la salida y que no puede ser modificado. Entonces se puede decir que las actividades de control consisten en seleccionar, para un sistema dado, una entrada que haga responder a la planta de una manera deseada; esto es, que se obtenga una salida con cierta característica.

Los sistemas de control se pueden clasificar en dos tipos, los de lazo abierto y los de lazo cerrado.

En un sistema de control de lazo abierto, la salida ni se mide, ni se realimenta para compararla con la entrada. Son sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la señal o acción de control. Se pueden dividir en dos partes: el controlador y el proceso controlado. Una señal de entrada o comando se aplica al controlador, cuya salida actúa como una señal de control o señal de acción, la cual regula el proceso controlado, de tal forma que la variable de salida o variable controlada se desempeñe de acuerdo a ciertas especificaciones establecidas. En los casos simples, el controlador puede ser un amplificador, filtro, unión mecánica u otro elemento de control. En los casos más complejos puede ser una computadora tal como un microprocesador.

En los sistemas de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fijada. Así la exactitud del sistema depende de la calibración.

Por otro lado, pero no muy diferente, se encuentran los sistemas de control de lazo cerrado, en los que la salida o señal controlada, debe ser realimentada y comparada con la entrada de referencia, y se debe enviar una señal de acción de control, proporcional a la diferencia entre la entrada y la salida a través del sistema, para disminuir el error y corregir la salida. Es decir, es aquel sistema de control en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control. Esto significa que los sistemas de control de lazo cerrado son sistemas de control realimentados. La diferencia entre la señal de entrada y la señal de salida se la denomina señal de error del sistema; esta señal es la que actúa sobre el sistema de modo de llevar la salida a un valor deseado.

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